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2017年全国大学生电子设计竞赛题目解析及历年综合测评（题目剖析）.pdf

发布时间：2022-06-02 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：4.77M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    2017 年全国大学生电子设计竞赛试题及 综合测评剖析讲解 主讲：高吉祥 教授 北京中电金培科技有限公司 2018 年 10 月
    目录 7.1 2011 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题................................................................................ 1 7.1.1 任务与要求....................................................................................................................... 1 7.1.2 LM324 集成运算放大器简介 .......................................................................................... 1 7.1.3 单元电路设计 ................................................................................................................... 3 7.2 2013 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 ................................................................................ 5 7.2.1 任务与要求........................................................................................................................ 5 7.2.2 555 集成芯片介绍............................................................................................................ 5 7.2.3 单元电路设计 ................................................................................................................... 6 7.3 2015 年全国大学生电子设计竞赛综合测评.................................................................................. 10 7.3.1 任务与要求..................................................................................................................... 10 7.3.2 74LS74 集成芯片介绍.................................................................................................... 10 7.3.3 单元电路设计 ................................................................................................................. 11 图 7.3.4 系统总体框图 ............................................................................................................... 11 7.4 2017 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题.............................................................................. 14 7.4.1 任务与要求..................................................................................................................... 14 7.4.2 READ2302G 集成芯片介绍 ............................................................................................. 15 7.4.3 单元电路设计 ................................................................................................................. 16 1.11 微电网模拟系统 .......................................................................................................... 18 2.12 滚球控制系统 ............................................................................................................. 30 3.3 调幅信号处理实验电路 ................................................................................................. 41 4.3 四旋翼自主飞行器探测跟踪系统 ................................................................................ 53 4.4 自适应滤波器 ............................................................................................................. 65 4.6 可见光室内定位装置 ..................................................................................................... 72 5.6 远程幅频特性测试仪 ..................................................................................................... 83 7.3 单相用电器分析监测装置 ............................................................................................ 96
    7.1 2011 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 集成运算放大器的应用 7.1.1 任务与要求 使用一片通用四运放芯片 LM324 组成电路框图见图 7.1.1（a），实现下述功能： 使用低频信号源产生 ，f0=500Hz 的正弦波信号，加至加法器的输 入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号 u01，u01波形如图 7.1.1（b）所 示，T1=0.5ms，并允许有±5%的误差。 低频信号源 ui1 ui2 u02 u03 加法器 滤波器 比较器 u01 三角波发生器 （a） （b） 图 7.1.1 任务要求电路框图 图中要求加法器的输出电压 ui2=10ui1+u01。ui2 经选频滤波器滤除 u01 频率分量，选出 f0 信号为 u02，u02 为 9VPP 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。u02 信号再经比较器后 在 1k 负载上得到 2VPP 的输出电压 u03。 电源只能选用+12V 和+15V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其 它型号运算放大器。 要求预留 ui1、ui2 、u01、u02 和 u03 的测试端子。 说明： 1）综合测评应在模数实验室进行，实验室应能提供常规仪器仪表和电阻、电容等； 2）电路板检查后发给参赛队，原则上不允许参赛队更换电路板； 3）若电路板上已焊接好的 LM324 被损坏，允许提供新的 LM324 芯片，自行焊接， 但要酌情扣分； 4）提供 LM324 使用说明书。 7.1.2 LM324 集成运算放大器简介 LM324 集成运算放大器属于通用四运放集成电路。它的管脚图如图 7.1.2 所示。其极 限参数、主要技术指标如下： 1 010.1sin2(V)iutf=
    双电源供电： 16V 单电源供电：32V 差分输入电压：UID=±3.2V 单端输入电压：-0.3V~32V 最大失调电流：50nA 最大失调电压：7mV 增益带宽：1.2MHz 典型压摆率：0.5V/μS 其内部电路如图 7.1.3 所示。 图 7.1.2 LM324 管脚图 图 7.1.3 LM324 内部原理图 2 
    7.1.3 单元电路设计 （1）三角波发生器设计 根据题目要求，三角波如图 7.1.1（b）所示，其 U0=4Vpp，T1=0.5ms， 三角波发生器电路如图 7.1.4 所示，输出波形如图 7.1.5 所示。 。 图 7.1.4 三角波发生器电路 图 7.1.5 三角波发生器电路仿真波形 注意：将 U1A 的 VCC 接直流稳压电源的“+”端，VSS 接电源的负端。若直流稳压电 源负端接地时，电路板的地不能与直流电源的地相连。 由图 7.1.4 知： 当 f＞＞fc 或电路时间常数（τ=R1C1＜＜ ）时，电路近似等效为反向比例运算放大 器电路，其增益为 ； 当 f＜＜fc 或电路时间常数（τ=R1C1＞＞ ）时，电路起积分作用。 实际取 f＞＞10fc，f=fo =2000Hz，fc＜ 200Hz； 现取 C1≤ 0.1uF 则 R1=8kΩ。 （2）同相加法器设计 同相加法器电路如图 7.1.6 所示，根据要求 ui2=10ui1+uO1。选取 RF=10kΩ、R3=1kΩ、 RL=10kΩ；RN= R3‖RF 、RP =R1‖R2‖R4，RN =RP；故 R3=910、R4=10kΩ。 说明：对于单电源供电的处理方法有 2 种： 1）浮地法：如图 7.1.4 所示，电源的地是悬浮的，不与线路板的地线相连，如此， 将单电源变成双电源使用，使设计简化了许多。 2）重构直流工作点： 仅管采用了单电源供电，此时 LM324 的 VSS=0V，此时运放的直流工作点要重新建立， 即运放两个输入端的直流工作点应保证在 左右。 3 01011111-u(t)dtuRC=2T21RR2T2CCV3111=20.510kfHzT−==
    图 7.1.6 同相加法器电路 （3）带通滤波器设计 带通滤波器电路如图 7.1.7 所示。 图 7.1.7 带通滤波器电路 图 7.1.8 带通滤波器幅频、相频特性仿真波形 带通滤波器电路幅频、相频特性如图 7. 1.8 所示。 （4）比较器设计 比较器电路如图 7. 1.9 所示。 图 7.1.9 比较器电路 4
    7.2 2013 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 波形发生器 7.2.1 任务与要求 使 用 题目 指 定 的 综 合 测 试 板上 的 555 芯 片 和 一 片通 用 四 运放 324 芯 片 ，设 计 制作 一 个 频率 可 变 的 同 时 输 出 脉冲 波 、锯齿 波 、正 弦 波 Ⅰ、正 弦 波 Ⅱ 的 波形 产 生 电 路。 给 出 设计 方 案 、 详 细 电 路 图和 现 场 自 测 数 据 波 形（ 一 律 手 写 、 3 个 同 学 签字 、注 明 综 合测 试 板 编 号）， 与 综合 测 试 板 一 同 上 交 。 设 计 制作 要 求 如 下 ： 1） 同 时 四 通 道 输 出 、 每 通 道 输 出 脉 冲 波 、 锯 齿 波 、 正 弦 波 Ⅰ 、 正 弦 波 Ⅱ 中 的 一 种 波 形， 每 通 道 输 出 的 负 载电 阻 均 为 600 欧 姆 。 2）四 种 波 形的 频 率 关 系为 1：1：1：3（ 3 次 谐 波）：脉 冲波 、锯 齿 波、正 弦 波 Ⅰ 输 出 频率 范 围 为 8～ 10kHz，输 出 电压 幅 度 峰 峰值 为 1V；正 弦 波 Ⅱ输 出 频 率 范 围 为 24～ 30kHz， 输 出 电 压 幅度 峰 峰 值 为 9V； 脉 冲 波 、 锯 齿波 和 正 弦波 输 出 波 形 应 无 明显 失 真 （ 使 用 示 波 器测 量 时）。 频 率 误差 不 大 于 10%； 通 带内 输 出 电 压 幅 度 峰 峰值 误 差 不 大 于 5%。 脉冲 波 占 空 比 可 调整 。 3） 电 源 只 能选 用 +10V 单 电 源 ， 由稳 压 电 源 供 给。 不 得 使 用 额 外 电 源。 4） 要 求 预 留脉 冲 波 、 锯 齿波 、 正 弦 波 Ⅰ 、 正 弦波 Ⅱ 和 电 源 的 测 试 端子 。 5） 每 通 道 输出 的 负 载 电阻 600 欧 姆 应 标 示 清 楚、 置 于 明 显 位 置 ， 便于 检 查 。 注 意 ：不能 外 加 555 和 324 芯 片 ，不 能 使 用 除 综 合 测 试 板 上 的 芯 片 以 外 的 其 他任何器件或芯片。 说明： 1）综合测评应在模数实验室进行，实验室应能提供常规仪器仪表、常用工具和电阻、电 容、电位器等。 2）电路板检查后发给参赛队，原则上不允许参赛队更换电路板。 3）若电路板上已焊接好的 LM324 和 555 芯片被损坏，允许提供新的 LM324 芯片和 555 芯片，自行焊接，但要酌情扣分； 4）提供 LM324 和 555 芯片使用说明书 7.2.2 555 集成芯片介绍 555 管脚图如图 7.2.1、等效功能电路图如图 7.2.2 所示。引出端真值表见表 7.2.1。其 数学表达式为 5
    引 脚 电 平 高 低 图 7.2.1 555 管脚图 图 7.2.2 555 内部电路图 表 7.2.1 555 时基电路真值表 低触发端 TR（2 脚） 高触发端 TH（6 脚） 强制复位端 MR（4 脚） 输出端 OUT（3 脚） 放电端 DIS（7 脚） 不大于 1/3VDD 任意 高（置位） 悬空（置位） 大于 1/3VDD 不小于 2/3VDD 高 低（复位） 低（复位） 大于 1/3VDD 小于 2/3VDD 维持原电平不变 与 3 脚相同 任意 任意 低（不大于 0.4V） 低 低 7.2.3 单元电路设计 8～10kHz 带通滤波器 正弦波 1 555 脉冲电路 24～30kHz 带通滤波器 正弦波 2 跟随器 锯齿波 图 7.2.3 任务要求电路框图 （1）脉冲波产生器设计电路如图 7.2.4 所示。其电容充放电和输出电压波形如图 7.2.4 所示。不难推得，可得 t1=0.693τ1=0.693（RA+RB）C；t2=0.693×τ2=0.693RBC；T= t1+ t2=0.693（RA+2RB）C；振荡频率 ƒ=1/T，即 当 RA＞＞RB 时，则 D=50%，即输出振荡波形为方波，其中 RA=RP1、RB = RP2。 根据题意脉冲波的频率范围为 8~10kHz。则 占空比： 取 C=0.01uF，则 RA+2RB =18 kΩ～14.43 kΩ 6 1nnQRQS−=+=+1.443f(Hz)2ABRR=+（）C1ABABtRRDRRT==++21.4431.4430.18080020.1443100000ABRRCfms+===～（）～（）
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